Несущая способность граничной смазочной плёнки дисульфида молибдена выше, чем у любых смазочных масел. При температуре выше 5000 С дисульфид молибдена окисляется с выделением SO2. К недостаткам можно отнести высокую химическую активность, в результате чего он легко вступает в реакцию с водой и кислородом. Поэтому максимальная температура ограничена 4500 С. Водород восстанавливает дисульфид молибдена до металла.
Дисульфид вольфрама WS2 по сравнению с дисульфидом молибдена обладает большей термостойкостью. Предельная температура его применения равняется 5800 С. У него больше стойкость к окислению и в 3 раза большая несущая способность. Химически дисульфид молибдена инертен, коррозионно неагрессивен, нетоксичен. Его применение ограничено высокой стоимостью. Из-за высокой плотности дисульфид молибдена мало используется в качестве добавки к маслам, так как затруднено получение однородной смеси с маслом. Рекомендуется использовать при температуре свыше 4500 С.
Нитрид кремния имеет низкий коэффициент трения в парах со стальными деталями и некоторыми металлокерамическими материалами. Обладает хорошими механическими характеристиками и высокой термической и термоокислительной устойчивостью до 12000 С. Благодаря сочетанию этих качеств нитрид кремния является перспективным материалом для изготовления деталей цилиндро-поршневой группы.
Нитрид бора обладает высокой термической и термоокислительной устойчивостью. Разлагается при температуре свыше 10000 С.
Фталоцианины (меди C32H16N6Cu, железа C32H16N8Fe и пр.) – металлосодержащие полициклические органические соединения, обладающие крупными плоскими молекулами со слабыми межмолекулярными связями. Наряду с физической адсорбцией они образуют хемосорбированные плёнки на поверхностях металлов. Фталоцианины имеют хорошую термическую стойкость до 6500 С, стабильны при контакте с воздухом и водой. При температурах до 3000 С коэффициент трения у них выше, чем у графита и дисульфида молибдена, но понижается до 0,03…0,05 с увеличением температуры до 5000 С.
Из фталоцианинов делают защитный слой на юбках поршней. Коэффициенты трения некоторых твёрдых слоистых смазок:
дисульфид молибдена – 0,05;
иодистый кадмий – 0,06;
хлористый кадмий – 0,07;
сернокислый вольфрам – 0,08;
сернокислое серебро – 0,14;
иодистый свинец – 0,28;
графит – 0,10;
116
хлористый кобальт – 0,10;
иодистая ртуть – 0,18;
бромистая ртуть – 0,06;
иодистое серебро – 0,25.
Твёрдые смазки могут использовать и в качестве добавок к маслам. Большинство твёрдых смазок нерастворимы в углеводородах, поэтому их вводят в моторное масло в виде коллоидных дисперсий. При этом увеличивается ресурс узлов трения и снижается вероятность задира в условиях масляной недостаточности.
Мягкие металлы. Свинец, индий, олово, кадмий, медь, серебро, золото и т.д. обладают низкой прочностью на срез. Благодаря этому они используются как твёрдые смазки в виде тонких плёнок, наносимых на более прочные основы. Плёнки этих металлов ведут себя как масло. Кроме того, они облегчают и ускоряют процесс приработки. Важным требование является высокая адгезия к материалу основы и низкая к материалу пары.
Полимерные материалы – фторопласт-4 (тефлон), капрон, нейлон, полиэтилен, политетрафторэтилен, полиамид и др. обладают смазывающими свойствами. Их наносят на поверхности трения в виде плёнок различной толщины или используют как прессованные проставки. Применение твёрдых смазок на основе полимеров ограничивается низкой термической стойкостью этих материалов, маленьким коэффициентом теплопроводности и большим коэффициентом теплового расширения.
Они имеют недостаточные механические свойства, поэтому для обеспечения прочности при средних и высоких нагрузках их армируют. Используемый для армирования материал должен быть мягче материала поверхности трения.
Композиционные смазочные материалы. Это комбинация отдель-
ных видов твёрдых смазок, обеспечивающая оптимальное сочетание их смазывающих свойств, механической прочности и обрабатываемости.
Физически композиционные смазочные материалы представляют собой механическую смесь двух или более различных по свойствам твёрдых веществ. При этом одно вещество является основой, может образовывать структурный каркас, обеспечивающий механические свойства. Основа изготавливается из полимерных, металлических или керамических материалов. В основе зафиксирован материал, являющийся наполнителем, обеспечивающим смазочные свойства.
Полимерная основа имеет хорошие смазочные свойства, химическую инертность, более высокую, чем у металлов, усталостную прочность, малую массу, низкую чувствительность к местным нарушениям структуры – трещинам, надрезам. Наиболее термостойки материалы на основе ароматических полиамидов. Они могут длительное время эксплуатироваться при температуре до 4500 С. Основными недостатками являются большой ко-
117
эффициент термического расширения, низкие теплопроводность, термическая стойкость и стабильность.
В полимерных материалах наиболее часто в качестве наполнителей используются дисульфид молибдена, графит, нитрид бора, порошки алюминия, меди, никеля, молибдена и др.
Композиционные смазочные материалы на основе металлических материалов получают путём прессования и спекания из порошков металлов с последующей пропиткой полученной пористой основы твёрдыми слоистыми смазками, мягкими металлами или полимерами. Для получения материалов, работающих в особо тяжёлых температурных условиях, в качестве основы используют никель, кобальт и их сплавы. В качестве наполнителя применяют материалы на основе молибдена или вольфрама.
Например, для получения направляющих втулок клапанов двигателя получили распространение композиционные смазочные материалы на металлической основе, поры которых заполнены фторопластом-4 с добавками сульфидов, селенидов и теллуридов молибдена, вольфрама. Такая смазка кроме смазочного действия обеспечивает высокую несущую способность и износостойкость.
Композиционные смазочные материалы на керамической основе обладают высокой термической и химической стойкостью. Для этого используют окислы бериллия, циркония и других металлов. Основным недостатков этих материалов является их хрупкость и низкая прочность на растяжение.
Узлы трения на основе композиционных смазочных материалов могут долгое время работать без дополнительного подвода смазки, вплоть до всего моторесурса узла. Большинство композиционных смазочных материалов хорошо работают совместно с жидкими и консистентными смазками. Это обеспечивает существенное повышение надёжности двигателя, особе в режиме недостатка масла. Для вкладышей коренных и шатунных подшипников можно использовать композиции из медно-молибденового материала CuO + MoS2. Для подшипников распределительного вала применяют вкладыши, изготовленные из металлокерамических композиций на основе мягких металлов, насыщенных фталоцианиновой твёрдой смазкой. Изготовляют материал, состоящий из стальной ленты, на которую спеканием нанесён тонкий слой сферических частиц пористой оловянистой бронзы, пропитанной смесью фторопласта со свинцом. Сталь обеспечивает необходимую прочность подшипника, бронза – теплопроводность, смесь тефлона со свинцом – смазочные свойства.
Библиографический список
1. Васильева Л.С. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб. для вузов /
Л.С. Васильева – М.: Наука-Пресс, 2003. – 421 с.
118
2. Обельницкий А.М. и др. Топливо, смазочные материалы и охлаждающие жидкости. Учебник для ВУЗов по спец. «Двигатели внутреннего сгорания» / А.М. Обельниц-
кий, Е.А. Егорушкин, Ю.Н. Чернявский; под ред. проф. А.М. Обельницкого. М.: ИПО
«Полиграм», 1995. – 272с.
3.Сафонов А.С. и др. Автомобильные автоэксплуатационные материалы / А.С.
Сафонов, А.И. Ушаков, Н.Д. Юскавец. – СПб.: Гидрометиоиздат, 1998. – 233 с.
4.Анисимов И.Г. и др. Топливо, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение. Справочник / И.Г. Анисимов. – М.: Техинформ, 1999. – 596 с.
5.Гуреев А.А. и др. Химмотология: учебник для ВУЗов / А.А. Гуреев, И.Г. Фукс,
В.Л. Лашхи. – М.: Химия, 1986. – 367 с.
6.Гуреев А.А. и др. Автомобильные эксплуатационные материалы / А.А. Гуреев,
Р.Я. Иванова, Н.В. Щёголев. – М.: Транспорт, 1974. – 280 с.
7.Кириченко Н.Б. Автомобильные эксплуатационные материалы: Учеб. пособие для сред. проф. образования / Н.Б. Кириченко. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 208 с.
8.Трансмиссионные масла. Пластичные смазки / Р. Балтенас, А.С. Сафонов, А.И. Ушаков, В. Шергалис. – СПб.: ООО «Издательство ДНК», 2001. – 208 с.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВО-СМАЗЫВАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ
Экологические последствия использования нефтяных топлив проявляются в следующих направлениях:
1.Изменение химического состава атмосферы.
2.Загрязнение почвы и воды нефтепродуктами.
3.Токсическое последствие воздействия топлив на людей при непосредственном контакте.
4.Загрязнение воздуха городов токсичными веществами, содержащимися в отработавших газах.
5.Пожарная и взрывная опасность топлив.
Двигатели внутреннего сгорания являются основными потребителями углеводородного топлива, при сгорании которого расходуется кислород и выделяется диоксид углерода СО2 вместе с другими токсичными экологически вредными веществами. Ежегодно потребляется около 30 миллиардов тонн кислорода и выбрасывается в атмосферу свыше 50 миллиардов тонн диоксида углерода. В результате концентрация этого вещества в атмосфере Земли постоянно возрастает, что может привести к изменению соотношения между поглощённой и отражённой Землёй энергией Солнца и вызвать глобальные изменения климата.
Попадание нефтепродуктов на почву вызывает изменение её структуры, химического и микробиологического состава, а так же гидроаэрологического режима поверхностных слоёв, что, в конечном счёте, приводит к угнетению и гибели растений. Восстановление производительной способности загрязнённой почвы проходит очень медленно, например, урожай-
119
ность и качества сельскохозяйственных земель восстанавливаются лишь через 5…8 лет.
При попадании нефтепродуктов в воду они растекаются, образуя тончайшую, стабильную плёнку, вплоть до мономолекулярной. Отсюда относительно небольшие количества нефтепродуктов перекрывают громадные количества воды, например, 1 тонна нефти покрывает плёнкой 10 км2 водной поверхности. Эта плёнка нарушает условия теплообмена водного бассейна с атмосферой, что влияет на климат планеты, вызывает загрязнение и гибель водной растительности и живых организмов. Разрушение таких плёнок под действием микробиологических процессов, растворения, окисления и выпадения в осадок происходит в течение длительного времени – до нескольких месяцев.
Большинство нефтепродуктов хорошо растворяется в биологических жирах и легко проникает в организм даже через неповреждённую кожу, вызывая при длительном воздействии изменение жизненно важных обменных процессов.
Токсичность топлив зависит от элементарного, группового и фракционного составов. Алканы (парафины) действуют на нервную систему как наркотики, токсичность изоалканов ниже, чем углеводородов нормального строения. Цикланы более токсичны, чем алифатические углеводороды. Наличие двойных связей увеличивает токсичность углеводородов. Токсичность смеси углеводородов выше токсичности отдельных её компонентов. Присутствие серо- и кислородосодержащих соединений усиливает токсичность нефтепродуктов.
Таким образом, с утяжеление фракционного состава, увеличением гетероорганических соединений и ростом числа компонентов в смеси токсичность топлива увеличивается. Основное токсичное воздействие оказывают пары топлив, поэтому, не смотря на более тяжёлый фракционный состав, дизельные топлива менее токсичны, чем бензины, так как их испаряемость ниже.
Входящий в состав этилированных бензинов тетраэтилсвинец является одним из сильнейших ядов, действующих на нервную систему человека через кожу, дыхательные пути и желудочно-кишечный тракт. Он обладает кумулятивным свойством – способностью постепенно накапливаться в организме человека. Особая опасность этого вещества заключается в том, что отравление обнаруживается лишь в хронической форме. Слабое отравление вызывает тошноту, головные боли, быструю утомляемость, притупление памяти и другие болезненные проявления. Накопление тетраэтилсвинца в организме свыше определённых пределов вызывает тяжёлые нервнопсихические расстройства, которые могут закончиться параличом или смертельным исходом. При попадании этилированного бензина на кожу или одежду лёгкие фракции его быстро испаряются, а тетраэтилсвинец ос-
120